완벽한 태양에너지 흡수체 개발에 성공했다?

금속 표면을 레이저로 가공해 완벽한 태양 에너지 흡수를 만들어내는 데 성공했다고 한다. 이를 이용하면 이상적인 태양광 발전 시스템을 만들어내는 것이 가능하다고.

로체스터대한 연구팀은 거미와 개미가 물에 뜰 수 있는 능력을 갖고 있다는 점에서 영감을 얻어 물에 뜨는 금속을 개발했다. 물에 뜨는 금속은 짧은 펄스폭으로 발진하는 레이저 강도를 높인 펨토초 레이저를 이용해 금속 표면에 강한 소수성을 갖게 하는 것이다.

연구팀은 물에 뜨는 금속 가공에 이용하는 것과 같은 펨토초 레이저를 활용한 가공 기술로 효율적인 태양광 발전 시스템 생성을 위한 구송 요소를 개발하는 데 성공했다. 연구를 이끈 로체스터대학 광학연구소는 지난 몇 년간 펨토초 레이저를 이용해 금속에 친수성과 소수성 같은 특성을 추가하는 연구를 진행해왔다.

그 결과로 완성한 게 초소수성을 더한 물에 뜨는 금속인 것. 물에 뜨는 금속에 물방울을 떨어뜨리면 물방울이 표면에서 반사된다. 연구팀은 이처럼 펨토초 레이저로 금속 표면을 검게 가공해 태양광 흡수율을 크게 높이려는 도전을 하고 있다. 물론 금속 표면을 검게 하는 것만으론 태양 스펙트럼 이외 파장은 열로 방출되어 버린다. 이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 태양 스펙트럼을 흡수하고 다른 파장 열은 거의 잃지 않는 특성을 가진 선택적 흡수제를 개발했다.

보통 금속 조각은 대부분 빛이 표면에서 반사되어 버리지만 펨토초 레이저로 금속 표면을 적절하게 가공하면 금속 표면에서 빛이 반사되지 않고 필요한 에너지를 남김없이 흡수할 수 있다. 연구팀이 개발한 선택적 흡수를 열전 발전 장치에 통합하면 보통의 경우보다 전력 생산 효율은 130% 증가했다고 한다. 또 표면을 검은색으로 가공만 한 금속과 비교해도 선택적 흡수는 15% 폭넓은 스펙트럼을 흡수할 수 있다고 한다.

선택적 흡수는 소정의 파장을 가두면서도 열 손실을 최소화해 태양 에너지와 열 에너지 수집을 최적화한다. 연구팀은 이번 성과에 대해 사실상 처음으로 완벽한 금속의 선택적 흡수를 만들어내는 데 성공했다고 밝히고 있다.

연구팀은 또 알루미늄과 구리, 철강, 텅스텐 등 금속을 펨토초 레이저로 가공해 선택적으로 흡수하는 데에도 성공했다. 열 흡수로 일반적으로 쓰이는 텅스텐이 가장 태양광 흡수 효율이 높아졌다고 한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.